用于線寬測量的雙探針原子力顯微鏡對準系統(tǒng)研究.pdf

1、納米尺度的線寬測量一直以來都是納米計量領(lǐng)域的重點和難點，集成電路的快速發(fā)展又對線寬測量提出了更高的要求。作為掃描探針顯微鏡(SPM)的一種，原子力顯微鏡(AFM)可實現(xiàn)準三維測量，在納米尺度的線寬測量中被廣泛應用。不過，相比于線高度和線間隔的測量來說，傳統(tǒng)的AFM受限于探針尺寸和測量原理，無法實現(xiàn)線寬的準確測量。
　　本文提出雙探針原子力顯微鏡可以消除普遍存在于AFM中的探針尺寸對測量結(jié)果的影響。其關(guān)鍵在于兩個探針在三維方向上的對

2、準。論文研究雙探針對準方法，并設(shè)計出一套用于雙探針對準的實驗裝置，最終實現(xiàn)納米級的雙探針對準。具體研究內(nèi)容歸納如下:
　　1、研究單個特殊形狀探針與雙探針AFM在測量線寬時的區(qū)別，分析雙探針AFM如何消除探針尺寸對測量結(jié)果的影響，提出一種利用基于石英音叉的Akiyama探針實現(xiàn)雙探針線寬測量方法以及雙探針對準方案。利用有限元技術(shù)分析探針針尖的運動軌跡，為利用近場力進行針尖對準提供理論依據(jù)。
　　2、開發(fā)基于Akiyama探針

3、的AFM測頭和信號處理系統(tǒng)。針對雙探針AFM在針尖對準和線寬測量時的兩種測量模式:頂端模式和關(guān)鍵尺寸(CD)模式，開發(fā)不同結(jié)構(gòu)的測頭并進行性能測試，實現(xiàn)了納米級測量分辨率。特別是CD模式下測頭的性能測試為雙探針納米級對準提供實驗依據(jù)。
　　3、研究雙探針AFM對準方法。針對Akiyama探針提出基于亞像素邊緣檢測的視覺對準方法。研究利用近場力對準的納米級對準方法，即在恒高模式下逐步縮小掃描范圍和掃描步進的掃描成像方法。